(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111657964.X (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 山脉科技股份有限公司 地址 710000 陕西省西安市高新区科技 三 路57号融城云谷第12层 (72)发明人 杨牧　杨江骅　王陇平　任建　 薛海明　王海亮　 (74)专利代理 机构 安徽爱信德专利代理事务所 (普通合伙) 34185 代理人 刘煜 (51)Int.Cl. G06T 17/05(2011.01) G06T 17/20(2006.01) G06T 15/00(2011.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 16/29(2019.01) (54)发明名称 一种基于水力学模型与三维渲染技术实现 洪水演进 模拟的方法 (57)摘要 本发明是一种利用三维WebGL技术实现洪水 演进模拟的方法， 构建基于一二维耦合水动力学 模型， 接入气象预报和实时监测数据进行模型运 算， 将计算结果通过三维WebGL技术进行渲染， 以 数字流场的方式， 将地形、 时空数据、 网格水深流 速等数据模拟呈现， 表达洪水的整个淹没过程。 本发明的洪水模拟方法主要先将水动力模型剖 分的不规则网格数据结构利用T IN算法重构成三 角网， 再利用WebGL顶点渲染技术可视化展 示。 本 发明解决了洪水演进模拟过程中水面波纹的粒 子效果逼真， 水面淹没水深流速呈现结合实际， 并有理论依据， 分析 结果可靠等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114332395 A 2022.04.12 CN 114332395 A 1.一种基于水力学模型与三维渲染技术实现洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1、 构建基于水动力学的一二维耦合模型， 根据资料与数据确定建模边界， 构建一二维 耦合模型， 通过设置参数进行模型计算， 并进行模型率定验证； S2、 将S1建模的剖分网格数据利用TIN算法进行重建与处理， 构建成WebGL所需的数据 结构； S3、 一二维水动力模型计算模拟， 输入 模型计算相关的参数， 进行计算； S4、 利用噪声(Simplex  Noise)和Gerstner激励源融合算法对模型计算的结果进行插 值优化； S5、 结合地理信息系统和顶点渲染技术将优化的水深计算结果， 按时间序列进行洪水 演进模拟。 2.根据权利要求1所述的洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 步骤1构建基于一二维水 力耦合模型， 建模需要收集资料， 确定建模边界， 模型参数设定， 模拟计算， 参数率定， 需要 反复按流 程校核验证。 3.根据权利要求1所述的洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 步骤2将建模时剖分的网 格顶点数据， 重新按照Delaulay三角网生成算法重构， 也就是说建模剖分 的网格顶点和三 角网TIN的顶点一一对应。 4.根据权利要求1所述的洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 步骤3二维水动力模型每 场洪水按时间序列计算的结果都在 网格顶点上， 这样三角网TIN数据的每个顶点都有一组 时间序列的水深、 流速数据对应。 5.根据权利要求1所述的洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 步骤4利用利用噪声 (Simplex Noise)和Gerstner激励源融合算法在Z(水深)方向上(高度场)的激励源， 对每个 点的波高实施扰动处 理。 6.根据权利要求1所述的洪水演进模拟的方法， 其特征在于， 步骤5按顶点渲染器利用 凹凸映射 技术对每场洪水按时间序列进行洪水演进模拟。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114332395 A 2一种基于水力学模型与三维渲 染技术实现洪水演进模拟 的 方法 技术领域 [0001]本发明将水动力学模型不规则多边形网格的计算结果利用WebGL渲染， 完成洪水 演进模拟技 术实现。 背景技术 [0002]水动力模型是对研究区域地形数据、 河网数据、 水文数据等为基础， 构建暴雨洪水 一二维水动力耦合模型， 利用实测资料进行参数率定与模型验证， 为研究区域暴雨洪水风 险因子模拟研究提供模型支撑。 一维水动力模型是用来探究一维水动力河道洪水演进、 预 报的专业水利模型， 在河道、 城市管网、 蓄滞洪区等各种洪水问题中都有广泛的应用。 二维 水动力模型是平面二维数值模拟， 可以在二维空间模拟计算河流洪水演进、 海洋波浪运动 以及泥沙 迁移和水质环境 等相关问题。 [0003]一二维水动力耦合模型是把一维和二维水动力模型连接到一起， 进行耦合的模 型， 可以进行洪水演进模拟， 分析洪水淹没情况。 [0004]TIN是不规则三角网， 常用的表面模型， 优点是高效率的存储， 数据结构简单， 与不 规则的地面特征和谐一致； 可以表示线性特征和迭加任意形状的区域边界， 易于更新； TIN 模型数据通过WebGL技术能够很好的可视化展示， 多应用于三 维地形可视化、 倾斜摄影底层 数据结构就是三角网构成。 [0005]WebGL绘图必须依赖于着色器， 这是一种新的绘图机制， 它可以灵活而且强大的绘 制二维和三维图形。 在3D渲染的过程中， 顶点决定了点、 线、 面这些要素的位置， 同时， 也需 要在绘制图形时进 行着色， 使图形具有色彩、 光照、 阴影等效果。 这就需要WebGL提供的顶 点 着色器， 在WebGL中， 顶点着色器是可编程的， 用户可以根据程序的需要而自行编写顶点着 色器源代码。 这样， WebGL就可以把顶点着色器源代码加载到创建的顶点着色器对象中， 然 后编译、 链接这个着色器。 [0006]噪声是为了把一些随机变量引入到程序中， 增强虚拟现实场景的逼真度、 增强用 户沉浸感， 要对场景中物体进 行精细的仿 真模拟， 以期 达到模拟现实环境的效果。 水面使用 Gerstner与Simplex  Noise激励源融合算法， 形成由高度图扰动的水面模型， 二维Simplex   Noise作为三维Gerstner波模型的z(高度)方向上的激励源， 对三维Gerstner高度值进行扰 动， 生成水流高度图。 发明内容 [0007]发明目的： 一二维水动力学耦合模型建模时， 会根据地形、 下垫面、 道路等因素剖 分不同规则和大小的网格， 经由模型计算后， 结果是以不规则网格结构 计算的数据， 这种数 据结构直接三维渲染会存在水面不平整， 锯齿， 加载性能差等问题； 使用WebGL顶点着色渲 染技术， 可以很大了提高性能和可视化效果， 整体流 程如图1。 [0008]本发明通过以下步骤来实现的：说　明　书 1/5 页 3 CN 114332395 A 3